SWAT 调参方法思路整理【2】

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书接上文，在简单讨论过调参方式和调参需要注意的事项后，接下来我们进行分析SWAT输入输出文件和编程思路。

SWAT输入输出

SWAT输入输出有全套的文档，在这里，仅选出对此次调参具有意义的部分进行讨论。由于本人专业受限，不讨论水质模拟部分，如有兴趣请留言或私信邮箱。

输入

SWAT需要使用file.cio进行控制，它也是SWAT模型访问的第一个文件，其中存储着与模拟步长，气象文件入口，气象参数，流域文件入口等信息。实际上来说，通过修改这些文件，即可实现对模型参数的修改，进而改变模拟结果。

个人理解SWAT关于流域文件为三层，第一层为流域级别文件，包括basin.bsn（流域文件），basin.wwq（水质文件）等；第二层为子流域级别文件，包括xxxxx0000.rte（河道文件）， xxxxx0000.pnd（池塘及湿地文件）， xxxxx0000.sub（子流域文件），xxxxx0000.swq（河道水质文件）, xxxxx0000.wgn（天气发生器文件）, xxxxx0000.wus（用水文件）；第三层文件为HRU级别文件，xxxxxyyyy.mgt（管理文件），xxxxxyyyy.gw（地下水文件），xxxxxyyyy.hru（HRU输入文件），xxxxxyyyy.sdr（河渠文件），xxxxxyyyy.sol（土壤文件），xxxxxyyyy.sep（化粪池文件），xxxxxyyyy.chm（土壤化学文件）。

通过这些文件我们可以观察到，SWAT模型在不同尺度上有不同的参数，部分参数是HRU级别分布的，其他的是子流域级别，也有全流域级别的参数。因此，SWAT实际上是半分布式水文模型，当敏感性高的参数在各个HRU，子流域级别文件内均为同一值，则该模型在实际意义上已经退化为集总式水文模型。而将大尺度的参数下放至更小尺度，则需要改变SWAT源代码以符合具体要求。

输出

SWAT在执行计算后，会输出若干结果文件，根据SWAT模型文档，包括input.std（简要输入参数汇总），fin.fin（模拟状态文件），output.rch（河道输出文件），output.hru（HRU输出文件），output.sub（子流域输出文件），output.std（输出结果简要汇总），output.sed（河道泥沙输出），output.rsv（水库输出等）。

输出文件中，由于项目要求，仅需要考虑fin.fin（确定模拟是否成功）和output.rch（河段出入口流量）即可进行确定观测点流量。

编程思路

整体实现思路为通过指定配置文件Parameters.txt进行确定模型结构，所需调整参数，范围，所在文件和调整方法，批量模拟后提取模拟结果进行计算，求得可决系数和纳什效率系数，最终输出成一个csv表格便于分析。

程序主体采用面向对象思路，将单个抽样参数模拟视为一个对象。使用样本和Parameters.txt作为传入参数进行初始化，内构了修改参数，执行模型，提取结果，和实测对比计算可决系数和纳什效率系数等方法，并采用一个函数进行封装。

主体程序上，在扫描完Parameters.txt后，调用pyDOE2软件包进行拉丁超立方采样，通过对矩阵进行操作后导入进程池进行批量模拟，最后将全部结果输出为results.csv。

Parameters.txt 详解

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===PARAMETERS FILE HEADER=== # 文件头
--RATIO OF SAMPLE AGAINST PARAMETERS-- # 样本与HRU数量之比，定义样本数量
1
--BSN-- # 子流域数量
27
--HRU LIST-- # 每个子流域的HRU数量，用空格分开
4 2 4 2 4 3 2 3 3 4 2 3 4 3 2 5 4 4 2 4 4 4 3 2 3 3 3
--RCH-- # 10 20 # 待用，不做使用

--CALIBRATE STRUCTURE WITH ORDER-- # 调参顺序，顺序排列，可分为多行，但必须覆盖全部子流域
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
--ACTIVE CALIBRATION ORDER-- # 使用第几行调参顺序进行调参
1
--BSN PARAMETERS-- # 流域级别文件 格式：参数扩展名参数下限参数上限调参方式(r,v)
SMTMPbsn-2020v
--SUB PARAMETERS-- # 子流域级别文件 格式：参数扩展名参数下限参数上限调参方式(r,v)调节尺度(s,g)
ALPHA_BNKrte01vs
CH_K2rte5130vs
--HRU PARAMETERS-- # HRU级别文件 格式：参数扩展名参数下限参数上限调参方式(r,v)调节尺度(h,s,g)
CN2mgt-0.20.2rs
GW_DELAYgw30450vs
ALPHA_BFgw01vh
ESCOhru01vh
--SOIL PARAMETERS-- # 土壤参数文件 格式：参数扩展名参数下限参数上限调参方式(r,v)
Ksat. (est.)sol-0.80.8r
--SOIL CSV FILE-- # 土壤列表文件 位置在根目录
soil.csv
--WARMUP MONTH-- # 预热期，忽略结果输出长度，与SWAT模型给定预热期不同
0
--OBSERVED FILE-- #  观测文件 格式：序号文件名
12011-2015.txt
--SIMULATION DATA TO EXTRACT WITH ID-- # 提取RCH ID 格式：1RCHID
1RCH4

1. 由于代码能力有限，因此只能同时调一条调参顺序；
2. 土壤和实测数据有单独的格式；
3. 土壤参数需要参考SWAT文档来调整字段名；
4. 目前只能提取RCH的值，如有需要则会进一步跟进更新。

土壤列表格式

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Soil Name
Haplic Luvisols1
Haplic Luvisols2

实测数据格式

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4

1 114
2 514
3 1919
4 810

总结

1. 本文概括了SWAT的输入输出，为接下来编程和parameters.txt进行铺垫
2. 简介编程过程，力求在人话级别内将思路概括
3. 介绍parameters.txt的格式和注意事项

看到这里如果只是想使用这个臭狗软件的，下一章就没有必要看了。下一章高能预警：不会代码的看不懂，会代码的血压拉满。